不同处理下人粪肥对土壤肥效及小白菜影响
2019-07-22宋洪锋潘玉欣李彤罗凤彬胡锦华郭绩宁
宋洪锋，潘玉欣*，李彤，罗凤彬，胡锦华，郭绩宁
(1.华北理工大学 生命科学学院，河北 唐山 063210； 2.唐山市土壤肥料站，河北 唐山 063000)
现今，人们越来越重视对生活品质的要求，绿色无污染蔬菜的需求也越来越多。而蔬菜栽培中减少化肥，提高有机肥的施用是重要环节。人粪尿包含了农作物必需的氮、磷、钾、有机质等资源，其含量均可达到畜禽粪便水平，且重金属含量较低[1]，因而合理开发人粪便高效有机肥，可以实现农业的可持续发展[2]。但我国农村的粪便收集存在发酵程度不足，对人类排泄物资源利用率不足等问题[3]。
鉴于以上原因，本研究通过收集农村双瓮式厕所粪便，将其于玻璃钢化粪池中发酵，以及添加木醋液发酵等不同形式处理后施用于土壤，分析和研究土壤养分以及小白菜可溶性糖、维生素C以及硝酸盐含量的变化，以期为人粪便不同发酵方式以及木醋液应用于土壤修复，提高人粪便的利用率，为农业可持续发展提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
盆栽试验，供试土壤取自唐山市乐亭县阎各庄镇胜利村。取0～20 cm土壤耕作层土壤用于盆栽试验。
试验所用人粪便来源于唐山市乐亭县阎各庄镇胜利村，包括直接收集的农户双瓮式卫生厕所粪便(SW，发酵不完全)、SW粪便于玻璃钢化粪池中再次充分发酵粪便(BL)、BL粪便与木醋酸混合充分发酵粪便(JB)。
供试白菜为四季小白菜。
1.2 处理设计
试验共设4个处理，每个处理重复3次。每盆装7 kg土，施入底肥4 g，各处理具体设计为CK(底肥4 g)，SW(CK+300 g·m-2SW粪便)，BL(CK+300 g·m-2BL粪便)，JB(CK+300 g·m-2JB粪便)。每盆定量播种小白菜，出苗后每盆定植8棵。
1.3 试验方法
1.3.1 土壤pH采用电位法测定
称取风干土壤10 g于50 mL烧杯中，加25 mL去离子水。用玻璃棒搅拌1 min，使土粒充分分散，放置30 min后使用酸度计进行测量。
1.3.2 土壤氮、磷、钾含量测定
土壤全氮含量使用凯氏蒸馏法测定[4]。使用紫外分光法、火焰光度法测定土壤有效磷和速效钾含量[5]。
1.3.3 土壤酶活性测定
分别在小白菜播种期、发芽期以及成熟期，采集小白菜近根处土壤，风干后测量土壤脲酶和蔗糖酶活性。土壤脲酶活性测定使用靛酚蓝比色法[6]，脲酶活性以24 h后1 g样品中生成的NH3-N的毫克数表示。蔗糖酶活性测定使用3,5-二硝基水杨酸比色法[7]，以24 h后1 g样品生成的葡萄糖毫克数表示。
1.3.4 小白菜维生素C、可溶性糖和硝酸盐含量测定
小白菜收获后，剪取茎叶测量维生素C、可溶性糖和硝酸盐含量。维生素C在紫外245 nm处有最大吸收特性[8]。糖类与蒽酮反应生成有色物质，可使用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[9]。硝酸根离子在紫外区219 nm处具有等吸收波长的特性[10]，使用紫外分光光度法对小白菜维生素C含量和硝酸盐含量进行测量。
1.4 数据处理
数据采用SPSS 19软件进行统计分析，采用最小显著性差异检验法(LSD)对数据的差异显著性进行检验(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 不同粪便处理对土壤pH值的影响
pH是影响土壤微生物生长的重要因素之一。由表1可看出，对比CK，SW处理的pH值略有升高，偏碱性，与对照无明显差异；BL和JB处理的pH值显著下降，土壤偏中酸性；而JB处理的土壤pH值下降最多，偏酸性。综上，BL处理最有利于土壤pH值的环境调整。木醋液的添加导致土壤pH值过酸。
表1 不同粪便处理对土壤pH值的影响
注：不同小写字母表示同一发育时期不同处理间差异显著(P<0.05)，表2～4同。
2.2 不同粪便处理对土壤氮磷钾含量的影响
由表2可以看出，土壤全氮含量从小白菜播种期到发芽期逐渐降低，发芽期到成熟期再升高。4种处理的土壤中全氮含量表现为JB>BL>SW>CK。与CK相比，施用SW粪肥，土壤含氮量无明显差异。与CK相比，施用BL、JB粪肥，可以明显提高土壤含氮量，播种期分别比CK高出18.4%、23.5%；发芽期比CK分别高10.6%、34.1%；成熟期比CK分别高8.6%、32.3%。而添加木醋液的JB效果更为明显。
土壤有效磷含量随着小白菜发育时间的推进，从播种期到发芽期逐渐降低，发芽期到成熟期逐渐升高，4种处理的土壤中有效磷含量BL>JB>SW>CK。与CK相比，SW、BL、JB的有效磷含量均显著提高。播种期比CK高84.3%～250.5%，发芽期较CK高135.5%～191.5%，成熟期较CK增幅为108.7%～191.4%。与SW处理相比，JB和BL的有效磷含量明显提高，但小白菜生长后期JB和BL间无明显差异。
表2 不同粪便处理对土壤氮磷钾含量的影响
土壤速效钾含量从小白菜播种期到成熟期逐渐降低。4种处理中，JB速效钾含量最高，JB>BL>SW>CK。与CK相比，BL和JB显著高于CK。播种期分别比CK高159.3%、243.5%；发芽期分别比CK高60.0%、212.0%；成熟期分别比CK高85.1%、242.8%。
结果表明，增施BL，以及木醋液发酵处理的JB人粪便更有利于土壤氮磷钾含量的提高。木醋酸的添加更有利于提高速效钾含量。
2.3 不同粪便处理对土壤酶活性的影响
由表3可看出,小白菜生长期土壤脲酶活性逐渐升高，成熟期达最大值。SW和BL人粪便处理施用于土壤显著提高了土壤脲酶活性，尤以BL更明显，小白菜成熟期较CK高122.0%。JB对比CK，脲酶活性不显著。说明木醋液对脲酶活性无明显作用。
随着小白菜生育时间的推进，CK、SW、BL处理的土壤蔗糖酶活性逐渐升高，到成熟期达到最
表3 不同粪便处理对土壤酶活性的影响
大值，均显著高于CK。其中BL土壤脲酶活性最高，三个阶段分别比CK高出76.0%、109.1%、177.9%。JB与CK相比，土壤蔗糖酶活性变化微小，小白菜生长后期有所下降。
综上说明，人粪便发酵施用土壤，有利于土壤脲酶和蔗糖酶活性提高，BL提高土壤蔗糖酶活性效果最好，木醋液不利于脲酶活性的提高。
2.4 不同粪便处理对小白菜硝酸盐含量的影响
由表4可知，小白菜硝酸盐含量各处理间差异显著，JB>CK>SW>BL。与CK相比，SW、BL处理的小白菜硝酸盐含量分别降低了23.1%、42.4%，JB比CK高出159.3%。4种小白菜硝酸盐含量大致范围为1.124～5.056 mg·kg-1，均未超过限量标准，属正常值[11]，BL处理下小白菜硝酸盐含量最低。
表4 不同粪便处理对小白菜硝酸盐、可溶性糖和维生素C含量的影响
2.5 不同粪便处理对小白菜可溶性糖含量的影响
可溶性糖为动植物提供养分和能量，是植物体内重要指标[12]。4种小白菜可溶性糖含量大致范围为0.775%～1.031%，表现为BL>JB>SW>CK。SW、BL、JB均显著高于CK(表4)，分别比CK值高7.7%、33.0%、4.6%。可看出人粪便处理施用于土壤有利于提高小白菜可溶性糖含量，其中BL处理的小白菜可溶性糖含量最高。
2.6 不同粪便处理对小白菜维生素C含量的影响
维生素C作为一种电子供体，对于植物自身的抗氧化、光合保护以及调节生长发育等都具有非常重要的作用[13]。4种小白菜维生素C含量范围为14.33～26.73 mg·100 g-1。维生素C含量BL>JB>SW>CK。BL、JB均显著高于CK(表4)，分别比CK高86.5%、45.9%，因此，人粪便处理施用于土壤有利于提高小白菜维生素含量，其中BL土壤处理的小白菜可溶性糖含量最高。
3 小结与讨论
人粪便既是污染源又是优良的肥料资源，合理发酵施用于土壤，有利于改良土壤性质。pH是土壤肥力的重要因素，土壤养分的有效性在pH值为6.5～7.5时最高[14]。本研究表明，BL处理的土壤pH值接近6.5～7.5。本研究中土壤有效磷的含量在4种土壤中最高，全氮和速效钾含量也较高。在小白菜发育过程中，对比CK，施加人粪便的3种处理方式均提高了土壤全氮、有效磷和速效钾的含量。SW和BL处理的土壤酶活性提高。说明，人粪便发酵后施用土壤，与禽畜粪便结果类似，人粪便也有利于提高土壤速效养分含量和土壤酶活性[15]，增施生物有机肥能够显著提高土壤供应养分的能力[16]。但双瓮收集的粪便(SW)经进一步收集完全发酵处理(BL)对土壤的综合性质的提高更为有利。
土壤成分及施肥情况对获得高维生素C含量果蔬具有生产指导意义[17]。有研究表明，维生素C与土壤有机质呈正相关[18]。本研究在小白菜中有类似结果。施用人粪便的处理(BL、JB)，小白菜维生素C均明显高于CK，尤以施用BL的土壤最为明显。BL处理的小白菜维生素C、可溶性糖含量也最高，硝酸盐含量最低。人粪便处理的施用，改良了土壤养分，有利于农产品品质的提高[19]。
木醋液影响土壤养分。使用鸡粪与木醋液配施土壤，提高了土壤养分和酶活性[20]，木醋液与有机肥混合可以提高肥料利用率，对盐碱地也能起到改良作用[21]。适宜浓度木醋液可促进土壤酶活性[22]，降低硝酸盐含量[19]，对土壤pH影响不大[23]，但木醋液用于人粪便的发酵处理研究较少。本研究中，人粪便BL发酵处理后，土壤氮磷钾含量较高，脲酶和蔗糖酶活性最高，小白菜硝酸盐含量最低。而与BL仅有木醋液处理差异的JB土壤，土壤氮和钾含量更高，脲酶和蔗糖酶活性较低，pH偏酸性，小白菜硝酸盐含量较高。说明木醋液的添加影响了人粪便的发酵效果，提高了土壤的氮磷钾含量，但降低了土壤酶活，提高了小白菜硝酸盐含量[24-25]。
综上所述，人粪便发酵处理后施用土壤，有利于提高土壤综合性质和小白菜的品质，尤其是双瓮式厕所进一步发酵后的粪便(BL)效果更为明显，为农业生产提供了基础。
